Обучение объектно-ориентированному программированию на основе ментально-телесного подхода
|
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕНТАЛЬНО-ТЕЛЕСНОГО ПОДХОДА К ОБУЧЕНИЮ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОМУ ПРОГРАММИРОВАНИЮ 12
1.1 Сущность ментально-телесного подходов к обучению программированию 12
1.2 Особенности изучения ООП 32
1.3. Уточнение понятия объектного стиля мышления. 51
Выводы по 1 главе 53
ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ МЕНТАЛЬНО-ТЕЛЕСНОГО ПОДХОДА К ОБУЧЕНИЮ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОМУ ПРОГРАММИРОВАНИЮ 54
2.1 Диагностика уровня сформированности объектного стиля мышления.
54
2.2 Разработка ментальных карт по теме «Классы в С++» курса «Языки и
методы программирования» 60
2.3 Разработка кинестетического тренажера по теме «Классы в С++»
курса «Языки и методы программирования» 65
2.4 Результаты апробации 70
Выводы по 2 главе 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 78
ПРИЛОЖЕНИЯ 1 83
Приложение 1. 83
Структурная модель объектного стиля мышления 83
Приложение 2. 84
Алгоритмическая ментальная карта «Телефонная книга» по теме «Классы в С++» курса «Языки и методы программирования» 84
Приложение 3. 85
Алгоритмическая ментальная карта «Учет успеваемости студентов» по теме «Классы в С++» «Языки и методы программирования» 85
Приложение 4. 86
Материалы для диагностики уровня сформированности объектного стиля мышления 86
Приложение 5. 88
Кинестетический тренажер по теме «Классы в С++».
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕНТАЛЬНО-ТЕЛЕСНОГО ПОДХОДА К ОБУЧЕНИЮ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОМУ ПРОГРАММИРОВАНИЮ 12
1.1 Сущность ментально-телесного подходов к обучению программированию 12
1.2 Особенности изучения ООП 32
1.3. Уточнение понятия объектного стиля мышления. 51
Выводы по 1 главе 53
ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ МЕНТАЛЬНО-ТЕЛЕСНОГО ПОДХОДА К ОБУЧЕНИЮ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОМУ ПРОГРАММИРОВАНИЮ 54
2.1 Диагностика уровня сформированности объектного стиля мышления.
54
2.2 Разработка ментальных карт по теме «Классы в С++» курса «Языки и
методы программирования» 60
2.3 Разработка кинестетического тренажера по теме «Классы в С++»
курса «Языки и методы программирования» 65
2.4 Результаты апробации 70
Выводы по 2 главе 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 78
ПРИЛОЖЕНИЯ 1 83
Приложение 1. 83
Структурная модель объектного стиля мышления 83
Приложение 2. 84
Алгоритмическая ментальная карта «Телефонная книга» по теме «Классы в С++» курса «Языки и методы программирования» 84
Приложение 3. 85
Алгоритмическая ментальная карта «Учет успеваемости студентов» по теме «Классы в С++» «Языки и методы программирования» 85
Приложение 4. 86
Материалы для диагностики уровня сформированности объектного стиля мышления 86
Приложение 5. 88
Кинестетический тренажер по теме «Классы в С++».
Современные образовательные стандарты предъявляют высокие требования к предметной подготовки учителя. Учитель информатики должен владеть всеми современными технологиями программирования, поэтому в курс «Языки и методы программирования» в педагогическом вузе включено изучение не только императивного программирования, которое изучается в школе, но и логического, функционального, объектно-ориентированного, параллельного и др. современных технологий программирования.
Изучение объектно-ориентированного программирования вызывает определенные сложности у студентов в силу своих особенностей. Поэтому поиск новых подходов к разработке методических систем обучения объектно-ориентированному программированию (ООП) является актуальной проблемой.
Ментальный подход к обучению предполагает смещение целеполагания учебного процесса в сторону развития когнитивных способностей обучаемых, в частности, если рассматривать обучение программированию - то основной целью будет являться развитие алгоритмического стиля мышления. В рамках ментального подхода к обучению программированию предполагается использование методики ментальных карт как средства развития алгоритмического мышления.
Согласно положениям такого относительно нового течения в психологии как телесный подход, немаловажную роль в формировании мышления вообще, и, алгоритмического мышления в частности играют тактильные, моторные ощущения, кинестетические каналы восприятия.
Однако в настоящее время практически не существует средств обучения, ориентированных на кинестетические каналы восприятия.
Актуальность и практический аспект данной проблемы связаны с необходимостью поиска новых эффективных подходов к обучению. Одним из перспективных видится ментально-телесный подход.
Анализ современного состояния проблемы позволил выделить следующие противоречия:
- между требованиями ФГОС к уровню предметной подготовки будущих учителей информатики и недостаточным количеством средств и методов обучения современным парадигмам и технологиям программирования;
- между наличием методических систем обучения студентов объектно-ориентированному программированию и слабой проработкой вопросов их использования с учетом когнитивных способностей обучающихся;
- между возможностями ментальных и телесных технологий обучения и недостаточной соответствующей методической базой.
И обозначить проблему исследования:
Какие средства и методы обучения использовать при обучении объектно-ориентированному программированию в педвузе, чтобы сформировать необходимый для будущего учителя информатики уровень объектного стиля мышления, способствующий высокому качеству обучения объектно-ориентированному программированию
Объект: процесс обучения объектно-ориентированному программированию.
Предмет: обучение объектно-ориентированному программированию на основе ментально-телесного подхода.
Цель: на основе ментально-телесного подхода разработать средства обучения объектно-ориентированному программированию, способствующие развитию объектного мышления
Гипотеза:
Сформировать необходимый уровень алгоритмического мышления будущих учителей информатики, обеспечивающий высокое качество обучения объектно-ориентированному программированию возможно, если:
- будет уточнено понятие объектного стиля мышления, предложены способы его диагностики;
- обучение будет происходить с опорой на когнитивные особенности познания, учитывая процессуальную структуру мыслительных операций, основанную на информационной модели памяти;
- использовать средства обучения ООП, отражающие мыслительный процесс решения задачи, нацеленные не только на аудиальные и визуальные, но и на кинестетические каналы восприятии - ментальные карты и кинестетические тренажеры.
В ходе исследования были поставлены следующие задачи:
1) Рассмотреть теоретические основы ментально-телесного подхода к обучению программированию.
2) Выявить особенности обучения объектно-ориентированному программированию в педвузе.
3) Уточнить понятие объектного стиля мышления, построить его структурную модель, рассмотреть средства и методы его развития и определить способы диагностики.
4) Разработать ментальные карты и кинестетические тренажеры по теме «Классы в С++» курса «Языки и методы программирования», и провести апробацию разработанных материалов
Методологическим обоснованием исследования явились работы исследователей в области психологии А.Н. Леонтьева, С.Л. Рубинштейна, У.Найсера, Р.Амтхауера, А.Л.Алюшина, Е.Н. Князевой, А.Ш. Тхостова, Р. Бир, Р. Брукс, Т. ван Гелдер, Э. Кларк, Ж. Лакофф, П. Маес, Э. Прем, Э. Телен, Ф. Варела; методики обучения программированию А.П.Газейкиной, П.Б. Хорева, Г.С. Иванова, Н.И. Пака, Т.А. Степановой; в области теоретического программирования Николауса Вирта, Грэди Буча, Алана Кея, Бьерна Страуструпа, в области методики ментальных карт Тони Бюзана и Жозефа Новака.
Научная новизна исследования состоит в том, что:
1. обоснована возможность и необходимость использования ментально-телесного подхода к обучению ООП в педвузе
2. уточнено понятие объектный стиль мышления (ОСМ), построена его структурная модель, определены уровни сформированности
3. предложена диагностика уровня сформированности ОСМ
4. определены средства развития ОСМ - ментальные карты, кинестетические тренажеры
5. спроектированы принципиально новые средства обучения ООП - кинестетический тренажер по теме «Классы в С++»
Теоретическая значимость настоящей работы заключается в уточнении понятия объектного стиля мышления и построении его структурной модели.
Практическая значимость работы состоит в разработке системы тестов для диагностики уровня сформированности объектного стиля мышления и принципиально новых средств обучения ООП - ментальных карт и кинестетического тренажера по теме «Классы в C++»
Результаты исследования были представлены на XVI Международном научно-практическом форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука XXI века», Красноярск, май 2016 г. ; IV Международном Научно-образовательном форуме. «Человек, семья и общество: история и перспективы развития», Красноярск, декабрь 2015 г.; VII Международной научно-практической конференции «Информация и образование: границы коммуникаций» INFO'15, Горно-Алтайск, 2015 г.; Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Вопросы образования и науки: теоретический и методический аспекты» Тамбов, 30 июня, 2015г. Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы в научной работе и образовательной деятельности» Тамбов, 30 мая 2015 г. Международная научно- практическая конференция «Вопросы образования и науки» Тамбов, декабрь 2015г, XIV Всероссийской (с международным участием) научно-практической ,конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Красноярск, май 2015 г. XXI Международный научно-практический форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий в образовании», Красноярск, 23 мая 2017г, Международная научно-практический форум студентов, аспирантов и молодых ученых «молодежь и наука XXI века» 22 мая 2018 г. По результатам исследования имеется 9 публикаций (статей и тезисов выступления).
Изучение объектно-ориентированного программирования вызывает определенные сложности у студентов в силу своих особенностей. Поэтому поиск новых подходов к разработке методических систем обучения объектно-ориентированному программированию (ООП) является актуальной проблемой.
Ментальный подход к обучению предполагает смещение целеполагания учебного процесса в сторону развития когнитивных способностей обучаемых, в частности, если рассматривать обучение программированию - то основной целью будет являться развитие алгоритмического стиля мышления. В рамках ментального подхода к обучению программированию предполагается использование методики ментальных карт как средства развития алгоритмического мышления.
Согласно положениям такого относительно нового течения в психологии как телесный подход, немаловажную роль в формировании мышления вообще, и, алгоритмического мышления в частности играют тактильные, моторные ощущения, кинестетические каналы восприятия.
Однако в настоящее время практически не существует средств обучения, ориентированных на кинестетические каналы восприятия.
Актуальность и практический аспект данной проблемы связаны с необходимостью поиска новых эффективных подходов к обучению. Одним из перспективных видится ментально-телесный подход.
Анализ современного состояния проблемы позволил выделить следующие противоречия:
- между требованиями ФГОС к уровню предметной подготовки будущих учителей информатики и недостаточным количеством средств и методов обучения современным парадигмам и технологиям программирования;
- между наличием методических систем обучения студентов объектно-ориентированному программированию и слабой проработкой вопросов их использования с учетом когнитивных способностей обучающихся;
- между возможностями ментальных и телесных технологий обучения и недостаточной соответствующей методической базой.
И обозначить проблему исследования:
Какие средства и методы обучения использовать при обучении объектно-ориентированному программированию в педвузе, чтобы сформировать необходимый для будущего учителя информатики уровень объектного стиля мышления, способствующий высокому качеству обучения объектно-ориентированному программированию
Объект: процесс обучения объектно-ориентированному программированию.
Предмет: обучение объектно-ориентированному программированию на основе ментально-телесного подхода.
Цель: на основе ментально-телесного подхода разработать средства обучения объектно-ориентированному программированию, способствующие развитию объектного мышления
Гипотеза:
Сформировать необходимый уровень алгоритмического мышления будущих учителей информатики, обеспечивающий высокое качество обучения объектно-ориентированному программированию возможно, если:
- будет уточнено понятие объектного стиля мышления, предложены способы его диагностики;
- обучение будет происходить с опорой на когнитивные особенности познания, учитывая процессуальную структуру мыслительных операций, основанную на информационной модели памяти;
- использовать средства обучения ООП, отражающие мыслительный процесс решения задачи, нацеленные не только на аудиальные и визуальные, но и на кинестетические каналы восприятии - ментальные карты и кинестетические тренажеры.
В ходе исследования были поставлены следующие задачи:
1) Рассмотреть теоретические основы ментально-телесного подхода к обучению программированию.
2) Выявить особенности обучения объектно-ориентированному программированию в педвузе.
3) Уточнить понятие объектного стиля мышления, построить его структурную модель, рассмотреть средства и методы его развития и определить способы диагностики.
4) Разработать ментальные карты и кинестетические тренажеры по теме «Классы в С++» курса «Языки и методы программирования», и провести апробацию разработанных материалов
Методологическим обоснованием исследования явились работы исследователей в области психологии А.Н. Леонтьева, С.Л. Рубинштейна, У.Найсера, Р.Амтхауера, А.Л.Алюшина, Е.Н. Князевой, А.Ш. Тхостова, Р. Бир, Р. Брукс, Т. ван Гелдер, Э. Кларк, Ж. Лакофф, П. Маес, Э. Прем, Э. Телен, Ф. Варела; методики обучения программированию А.П.Газейкиной, П.Б. Хорева, Г.С. Иванова, Н.И. Пака, Т.А. Степановой; в области теоретического программирования Николауса Вирта, Грэди Буча, Алана Кея, Бьерна Страуструпа, в области методики ментальных карт Тони Бюзана и Жозефа Новака.
Научная новизна исследования состоит в том, что:
1. обоснована возможность и необходимость использования ментально-телесного подхода к обучению ООП в педвузе
2. уточнено понятие объектный стиль мышления (ОСМ), построена его структурная модель, определены уровни сформированности
3. предложена диагностика уровня сформированности ОСМ
4. определены средства развития ОСМ - ментальные карты, кинестетические тренажеры
5. спроектированы принципиально новые средства обучения ООП - кинестетический тренажер по теме «Классы в С++»
Теоретическая значимость настоящей работы заключается в уточнении понятия объектного стиля мышления и построении его структурной модели.
Практическая значимость работы состоит в разработке системы тестов для диагностики уровня сформированности объектного стиля мышления и принципиально новых средств обучения ООП - ментальных карт и кинестетического тренажера по теме «Классы в C++»
Результаты исследования были представлены на XVI Международном научно-практическом форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука XXI века», Красноярск, май 2016 г. ; IV Международном Научно-образовательном форуме. «Человек, семья и общество: история и перспективы развития», Красноярск, декабрь 2015 г.; VII Международной научно-практической конференции «Информация и образование: границы коммуникаций» INFO'15, Горно-Алтайск, 2015 г.; Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Вопросы образования и науки: теоретический и методический аспекты» Тамбов, 30 июня, 2015г. Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы в научной работе и образовательной деятельности» Тамбов, 30 мая 2015 г. Международная научно- практическая конференция «Вопросы образования и науки» Тамбов, декабрь 2015г, XIV Всероссийской (с международным участием) научно-практической ,конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Красноярск, май 2015 г. XXI Международный научно-практический форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий в образовании», Красноярск, 23 мая 2017г, Международная научно-практический форум студентов, аспирантов и молодых ученых «молодежь и наука XXI века» 22 мая 2018 г. По результатам исследования имеется 9 публикаций (статей и тезисов выступления).
В результате проведенного исследования достигнута цель, выполнены все поставленные задачи:
- Изучена сущность ментального подхода к обучению, определено, что ментально-телесный подход предполагает смещение целеполагания учебного процесса в сторону развития когнитивных способностей обучаемых, в частности, если рассматривать обучение ООП - то основной целью будет являться развитие объектного стиля мышления. В рамках ментально-телесного подхода к обучению программированию предполагается использование методики ментальных карт и кинестетических тренажеров как эффективных средств развития алгоритмического мышления, нацеленных на когнитивные особенности студентов
- Описано возникновение методологии ООП, его основные принципы, UML-диаграммы как средство визуализации в ООП
- Выделены особенности обучения объектно-ориентированному программирования в педагогическом вузе, заключающиеся в том, что современные образовательные стандарты предъявляют высокие требования к предметной подготовке учителя. Учитель информатики должен владеть всеми современными технологиями программирования, поэтому в курс «Языки и методы программирования» в педагогическом вузе включено изучение не только императивного программирования, которое изучается в школе, но и логического, функционального, объектно-ориентированного, параллельного и др. современных технологий программирования. Следовательно, алгоритмическое мышление будущего учителя информатики должно быть развито на самом высоком, профессиональном уровне. Кроме того, оно должно быть расширено еще и методическим компонентом, поскольку у педагогов не только у самих должно быть сформировано алгоритмическое мышление на самом высоком уровне, но они еще должны быть способными формировать и развивать алгоритмическое мышление своих учеников.
- Выявлено, что на успешность обучения объектно- ориентированному программированию влияет уровень сформированности объектного стиля мышления.
- Уточнено понятие объектного мышления, построена его структурная модель..
- В соответствии с поставленной целью дипломной работы и для более глубокого анализа процесса формирования объектного мышления школьников и студентов, определения его уровней сформированности, разработаны задания для проведения диагностики уровня сформированности объектного мышления.
- Определено, что на основе проведенной диагностики можно дифференцировать студентов по уровню сформированности объектного мышления и в зависимости от этого подбирать наиболее подходящие для каждого средства обучения, способствующих развитию объектного мышления.
- Разработаны ментальные карты «Телефонная книга» и «Средний балл студенты» по теме «Классы» в С++. Особая необходимость использования подобных ментальных карт при объяснении того, как тот или иной алгоритм можно реализовать на языке объектного -ориентированного программирования видится в том, что в силу особенностей объектно-ориентированного программирования применение традиционных блок-схем, UML-диаграмм не всегда приводит у ожидаемым результатам.
- Разработан кинестетический тренажер по теме «Классы» в С++. Кинестетические тренажеры являются принципиально новым средством обучения, нацеленным, в отличие от существующих не только на аудиальные и визуальные, но и на кинестетические каналы восприятии
Перспективы дальнейших исследований в данном направлении видятся следующие:
- - Совершенствование системы диагностики уровня сформированности ОСМ
- - Дальнейшая доработка средств развития ОСМ - ментальных карт и кинестетических тренажеров
- - Использование технологий 3D-печати для создания кинестетических тренажеров
- Изучена сущность ментального подхода к обучению, определено, что ментально-телесный подход предполагает смещение целеполагания учебного процесса в сторону развития когнитивных способностей обучаемых, в частности, если рассматривать обучение ООП - то основной целью будет являться развитие объектного стиля мышления. В рамках ментально-телесного подхода к обучению программированию предполагается использование методики ментальных карт и кинестетических тренажеров как эффективных средств развития алгоритмического мышления, нацеленных на когнитивные особенности студентов
- Описано возникновение методологии ООП, его основные принципы, UML-диаграммы как средство визуализации в ООП
- Выделены особенности обучения объектно-ориентированному программирования в педагогическом вузе, заключающиеся в том, что современные образовательные стандарты предъявляют высокие требования к предметной подготовке учителя. Учитель информатики должен владеть всеми современными технологиями программирования, поэтому в курс «Языки и методы программирования» в педагогическом вузе включено изучение не только императивного программирования, которое изучается в школе, но и логического, функционального, объектно-ориентированного, параллельного и др. современных технологий программирования. Следовательно, алгоритмическое мышление будущего учителя информатики должно быть развито на самом высоком, профессиональном уровне. Кроме того, оно должно быть расширено еще и методическим компонентом, поскольку у педагогов не только у самих должно быть сформировано алгоритмическое мышление на самом высоком уровне, но они еще должны быть способными формировать и развивать алгоритмическое мышление своих учеников.
- Выявлено, что на успешность обучения объектно- ориентированному программированию влияет уровень сформированности объектного стиля мышления.
- Уточнено понятие объектного мышления, построена его структурная модель..
- В соответствии с поставленной целью дипломной работы и для более глубокого анализа процесса формирования объектного мышления школьников и студентов, определения его уровней сформированности, разработаны задания для проведения диагностики уровня сформированности объектного мышления.
- Определено, что на основе проведенной диагностики можно дифференцировать студентов по уровню сформированности объектного мышления и в зависимости от этого подбирать наиболее подходящие для каждого средства обучения, способствующих развитию объектного мышления.
- Разработаны ментальные карты «Телефонная книга» и «Средний балл студенты» по теме «Классы» в С++. Особая необходимость использования подобных ментальных карт при объяснении того, как тот или иной алгоритм можно реализовать на языке объектного -ориентированного программирования видится в том, что в силу особенностей объектно-ориентированного программирования применение традиционных блок-схем, UML-диаграмм не всегда приводит у ожидаемым результатам.
- Разработан кинестетический тренажер по теме «Классы» в С++. Кинестетические тренажеры являются принципиально новым средством обучения, нацеленным, в отличие от существующих не только на аудиальные и визуальные, но и на кинестетические каналы восприятии
Перспективы дальнейших исследований в данном направлении видятся следующие:
- - Совершенствование системы диагностики уровня сформированности ОСМ
- - Дальнейшая доработка средств развития ОСМ - ментальных карт и кинестетических тренажеров
- - Использование технологий 3D-печати для создания кинестетических тренажеров
Подобные работы
- Обучение будущих учителей информатики логическому программированию на основе ментально-телесного подхода
Магистерская диссертация, педагогика. Язык работы: Русский. Цена: 4600 р. Год сдачи: 2018 - Методика телесно-полиязыкового обучения будущих учителей информатики программированию
Магистерская диссертация, педагогика. Язык работы: Русский. Цена: 4800 р. Год сдачи: 2017